estimating debris · pdf fileriver channel morphology is the study of the form and ......

6
01DN101PM 36.06 Smith River (Dr. Ernest Fine) Bridge Replacement 0143640 EFIS 0100000193 March 3 rd 2016 James Philipp Debris Analysis at Smith River (Dr. Ernest Fine), Bridge Replacement Estimating Debris Quantities This report documents an initial assessment and evaluation of debris loading in preparation for the Dr. Fine bridge replacement. The goal of this document is to come up with some estimate of the volume and extent of debris loading that may be expected during the construction of the new bridge. This also explores some options to provide countermeasures to any debris that will encounter the construction elements placed in the river during construction. Upstream River Morphology River channel morphology is the study of the form and function of rivers. The Smith River as it approaches the Dr. Fine Memorial Bridge would be classified as a low gradient, braided/meandering riffle/pool stream with low width/depth ratio, high meander width ratio, classified as Stream Type DA/E in Figure 1. Smith River is one of six rivers that drain the Six Rivers National Forest which is a one million acres area. At the convergence of the north and middle fork it changes from a steep entrenched channel similar to Type B in Figure 1 at the town of Douglas Park. This located is 10 river miles upstream of Smith River Bridge, with an average slope of 0.4 %. This river system has been altered in the last 150 years due to tree harvesting, off stream aggregate mining, and instream extraction of aggregate. Figure 1 Typical River Types, key to diagram below (Rosgen, 1996, reprinted with permission from Wildland Hydrology, UK)

Upload: trantuong

Post on 23-Mar-2018

223 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

01‐DN‐101‐PM 36.06 Smith River (Dr. Ernest Fine) Bridge Replacement  01‐43640 EFIS 0100000193  March 3rd 2016   James Philipp 

  

Debris Analysis at Smith River  

(Dr. Ernest Fine), Bridge Replacement 

Estimating Debris Quantities 

This report documents an initial assessment and evaluation of debris loading in preparation for 

the Dr. Fine bridge replacement.  The goal of this document is to come up with some estimate 

of the volume and extent of debris loading that may be expected during the construction of the 

new bridge.  This also explores some options to provide countermeasures to any debris that will 

encounter the construction elements placed in the river during construction. 

Upstream River Morphology 

River channel morphology is the study of the form and function of rivers.  The Smith River as it 

approaches the Dr. Fine Memorial Bridge would be classified as a low gradient, 

braided/meandering riffle/pool stream with low width/depth ratio, high meander width ratio, 

classified as Stream Type DA/E in Figure 1.  Smith River is one of six rivers that drain the Six 

Rivers National Forest which is a one million acres area.  At the convergence of the north and 

middle fork it changes from a steep entrenched channel similar to Type B in Figure 1 at the 

town of Douglas Park.  This located is 10 river miles upstream of Smith River Bridge, with an 

average slope of 0.4 %.  This river system has been altered in the last 150 years due to tree 

harvesting, off stream aggregate mining, and in‐stream extraction of aggregate. 

 

 

Figure 1 Typical River Types, key to diagram below 

(Rosgen, 1996, reprinted with permission from Wildland Hydrology, UK)

01‐DN‐101‐PM 36.06 Smith River (Dr. Ernest Fine) Bridge Replacement  01‐43640 EFIS 0100000193  March 3rd 2016   James Philipp 

 Aa+ Very steep, deeply entrenched, low width/depth ratio and laterally contained A Steep, entrenched, cascading with step/pool streams B Moderately entrenched, moderate gradient, riffle-dominated channel C Low gradient, meandering, point-bar, riffle/pool with broad floodplains D Braided channel with longitudinal and transverse bars – very wide with eroding banks DA Multiple channels, narrow and deep, with extensive well-vegetated floodplains and wetlands E Low gradient, meandering riffle/pool stream with low width/depth ratio, high meander width ratio F Entrenched meandering riffle/pool channel on low gradients with high width/depth ratio G Entrenched 'gully' step/pool and low width/depth ratio on moderate gradients

 

 

Figure 2 General Profile and alignment of Smith River 10 miles upstream of Dr. Fine Bridge 

 

This ten mile stretch above the Dr. Fine Bridge has a very sinusoidal behavior with many point 

bars and shallow longitudinal flow areas.  The aggregate extraction has lowered the river 

channel bottom in the range of 10’ in the vicinity of the Dr. Fine Bridge and seems to be evident 

in the upstream reach by the numerous locations of exposed bedrock and well established 

meanders.  There are also many longitudinal (intra‐channel) bars that seem to be the reaction 

to the removal of gravel.  When gravel is removed it can create a sediment‐starved reaction 

(hungry water) that can erode the channel banks and beds and producing channel incision.  It is 

01‐DN‐101‐PM 36.06 Smith River (Dr. Ernest Fine) Bridge Replacement  01‐43640 EFIS 0100000193  March 3rd 2016   James Philipp 

 

also evident at many locations that as the river bottom lowered bedrock material has been 

exposed and now acts to prevent further degradation, or head cutting. 

 Aerial Photograph Comparisons 

Aerial photos of river reach from 1988 to 2015 on Google Earth Pro were compared to review 

degradation of the channel because of in‐stream mining.  Most photos were taken in June of 

the given years.  Differing years produce flow rates that vary however it appears overall that 

the river has widened and exposed bedrock seem to be more pronounced.  The widening could 

be a response to the removal of aggregate and the river system equilibrium response to replace 

that material from other locations within the reach 

 

Discussion:  Based on review of aerial photos there is a scant amount of debris evident along 

the Ordinary High Water (OHW) mark of the river of this 10‐mile stretch.  OHW is defined by 

the Army Corps of Engineers as the natural line impressed on the bank where the vegetation 

line begins.  There is evidence of some debris above the OHW especially along the upstream 

sides of the point bars and downstream sides of point bar areas.  This material could be 

transported further downstream if the watershed experiences a large flow event.  It is apparent 

that though change has occurred in the 10 mile reach upstream of the Dr. Fine Bridge the river 

has reached an equilibrium.  It would be expected that material entering this 10‐mile stretch 

would be substantially screened as it makes its way to the Dr. Fine Bridge.  Within the 10‐mile 

stretch just above the bridge the amount or organic loading would be expected to be small, 

since it appears stable. 

Historic Debris Quantities from our two Bridges 

There are two Caltrans bridges along this stretch of 10 river miles that can provide some 

historic data regarding debris loading.  They are the Hiouchi Bridge on SR‐199 and the Dr. Fine 

Bridge on SR‐101.  Archived records for both bridges were reviewed and any reports of debris 

documented in the reports were noted. 

DN‐199‐PM 4.22 Smith River (Hiouchi Bridge) Br No. 01‐0006, replaced in 1990, previous bridge 

was a steel truss bridge built in 1928.  There is no record of debris removal at this structure that 

has two pile at the edges of river since its construction in 1990.  The Supplemental Bridge 

Reports from old bridge are not available on BIRIS for review. 

DN‐101‐PM 36.06 Smith River (Dr. Ernest Fine) Br No 01‐0020 

1956 – High water reached to 5.7’ below the bottom of the strut in Bent 3, “some drift 

accumulated on the piers I the channel”, later removed. 

1958 – Minor drift on some piers, not removed. 

1960 – Light drift on main channel piers. 

01‐DN‐101‐PM 36.06 Smith River (Dr. Ernest Fine) Bridge Replacement  01‐43640 EFIS 0100000193  March 3rd 2016   James Philipp 

 

1962 – “A few drift logs have lodged on one of the piers…to remove then at an early date.” 

1966 – “Debris has piled up on upstream face of piers”. 

1967 – “Some drift trees have accumulated on one of the piers in the channel. 

1968 – Drift removed from previous inspection, new drift on two piers. 

1969 – Drift removed. 

1970 – Remove drift from 3 piers. 

1971 – Remove large amount of drift at Pier 16. 

1972 – Large pile of drift at Pier 15. 

1973 –Large mound of drift on the upstream side of Span 14 has been removed. 

1974 – Drift removed from Span 14. 

1974 – Remove the logs and drift caught on Pier 15. 

1975 – Remove trees and drift hung up on Pier 15. 

1983 – Remove large log at Pier 13. 

1986 – Remove the accumulated timber drift from the upstream nose of the piers. 

1992 – Remove debris located at the upstream face of Piers 14 and 15. 

2001 – Drift debris has piled up at the upstream nose of Piers 12 & 13. 

2003 – A minor amount of drift debris has piled up at the upstream nose of Pier 16. 

2005 – A minor amount of drift debris has piled up at the upstream nose of Pier 13. 

 

         

Dr. Fine Pier 13 in 2005 

01‐DN‐101‐PM 36.06 Smith River (Dr. Ernest Fine) Bridge Replacement  01‐43640 EFIS 0100000193  March 3rd 2016   James Philipp 

 

2007 – Drift debris has piled up the upstream nose of Pier 15 

 

Dr. Fine Pier 15 in 2007 

Discussion:  There is a consistent record of debris snagging on the existing structure although it 

does not appear to be in large quantities.  There is also a consistent decrease in the occurrence 

of floating debris from the 1980’s to present.  This is probably due to changes in timber harvest 

practices and more stringent controls on in‐stream gravel removal.  Monitoring of scour at the 

Dr. Fine Bridge was starting in 1971 with profiles across the channel to document scour depths.  

The profile diagrams below shows the lowering of the channel bottom between the years of 

1939‐2008.  A scoured channel would typically increase debris initially due to bank erosion but 

would stabilized within a few years and return to normal levels of debris loading. 

 

Channel Profile at Dr. Fine Bridge between years of 1939‐2006 

01‐DN‐101‐PM 36.06 Smith River (Dr. Ernest Fine) Bridge Replacement  01‐43640 EFIS 0100000193  March 3rd 2016   James Philipp 

 

 

Channel Profile at Dr. Fine Bridge between years of 1972‐2008 

 

Possible Future Debris Loading and Mitigation 

Fires Within the watershed 

Fires within any watershed can have one of two effects in regard to debris loading.  If there is 

intense rainfall enough to cause mud slides, then large amounts of fire debris would be 

delivered into the river.  Conversely if there are milder rainfall that does not cause erosion then 

the debris would remain where it is and decompose in place without contributing to debris 

loading of the river. 

Debris Snagging Reduction During Construction 

There are two basic techniques that will limit the accumulation of debris on any engineered 

structure placed in the river channel, they are element spacing and element shape.  As the 

distance between elements increase the potential for snagging between these elements 

decrease.  The shape of the leading edge shape of the element can also have an effect on the 

snag potential of the debris.  The more uniform and parallel to the flow the temporary piles can 

be placed, the larger the opening will be for floating or submerged debris to pass between 

them.